Měření elektrického napětí Bc. David FURKA etalony napětí měření stejnosměrného napětí měření střídavého napětí měření pulsního napětí VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Etalony napětí – Westonův článek etalon - referenční zdroj (U, I, …) defin. podm. [T,p,ρ] - cejchování a kalibrace Westonův napěťový článek elektrochemický etalon U20 = 1,0186 V vnitřní odpor 500 ÷ 1000 Ω max. zatěžovací proud 1 μA rozsah teplot 4 ÷ 40 °C malá tep. závislost -40 μV/°C přesnost 10-5 až 10-6 stabilita menší než 1 μV/rok nesmí se naklápět a skratovat citlivý na otřesy roztok CdS krystaly CdS směs Hg a HgS Hg + - amalgam kadmia VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Etalon napětí se Zenerovou diodou Normály s teplotně kompenzovanou Zenerovou diodou diody a ZD  opačné teplotní charakteristiky (u ZD ΔUF / Δ < 0) stabilita až 100 μV/rok použ: číslicová měřicí ústrojí a kalibrátory chyba napětí: VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Etalon napětí – Josephsonův jev kontakt dvou supravodičů se slabou vazbou elektromagnetické pole o frekvenci f0 101 GHz VA charakteristika má schodovitý charakter pro n-tý stupeň platí primární etalon stabilita 10-9 velmi drahý VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Souhrn metod měření DC napětí Metoda Měřicí rozsah Vnitřní odpor magel. MP 101 mV až 1000 V 1 až 50 kΩ/V měřicí napěť. zesil. 100 mV až 1000 V 10 MΩ/V modulační Vmetry 102 nV až 101 mV 10 MΩ/V kompenzační met. 100 μV až 101 V ∞ Ω VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Stejnosměrný voltmetr v obvodu voltmetr připojujeme paralelně k zátěži odpor voltmetru zatěžuje obvod  chyba metody RV co největší!!! Zvětšení rozsahu - předřadníkem VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Měřicí napěťové zesilovače s OZ velký vstupní odpor, malý výstupní odpor zesílí napětí, které nelze běžně měřit invertující nap. zesilovač - výstupní napětí má opačnou polaritu neinvertující nap. zesilovač – výst. napětí má souhlasnou polaritu přesnost omezena driftem  100 mV a nižší třeba použít automaticky nulované operační zesilovače VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Invertující zapojení nap. zesilovače vstupní odpor roven R1 výstupní odpor 0 Ω Pro ideální OZ: pro skutečný OZ - IN≠0  zanedbáním vzniká chyba VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Neinvertující zapojení napěť. zesilovače předpokládáme-li ideální OZ vstupní odpor ∞ Ω výstupní odpor 0 Ω Pro vstupní a výstupní napětí platí: VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

MP s modulačním zesilovačem Princip malé DC napětí  pulsní průběh  AC zesílení  zesílené DC napětí VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Kompenzační metody měření napětí 1. Metoda s úplnou kompenzací (kompenzační) sériové zapojení měřeného zdroje a referenčního zdroje (odečítají se) citlivý Vmetr ukazuje rozdíl Ud= Ux - Ur  zvyšováním Ur klesá Ud Ud = 0  Ux=Ur  obvodem neteče proud  R = ∞ Ω 2. Metoda s částečnou kompenzací (porovnávací) VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Měření střídavého napětí Vmetry pro průmyslové kmitočty nf Vmetry vf Vmetry impulsní Vmetry STŘÍDAVÝ VOLTMETR charakterizovány frekvenční charakteristikou parametry v dokumentaci MP VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Střídavé voltmetry I. Voltmetry pro průmyslové kmitočty DC analog. nebo dig. Vmetry s usměrňovačem – měří Us,ukazuje Uef DC analog. nebo dig. Vmetry s termočlánkem – měří Uef,ukazuje Uef u neharmonických průběhů – nelze změřit Uef neuvažuje se vnitřní kapacita Nízkofrekvenční voltmetry (širokopásmové) používají větš. operační usměrňovač (měří US, ukazuje Uef) kmitočtově kompenzované děliče, oddělovací kondenzátor kvalitní MP – RMS (převodník efekt. hodnoty – měří Uef, ukazuje Uef) U od mV do 103 V, f od 20 Hz do 100 MHz VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Střídavé voltmetry II. Vysokofrekvenční voltmetry DC elektronický voltmetr + vf sonda (snímá max. hodnotu napětí) Selektivní vf mikrovoltmetr snímá napětí konkrétní frekvence – naladí se pásmovou zádrží PZ spektrum signálů  nastavíme kmitočet signálu, jehož amplitudu chceme měřit superponuje-li se do měřeného signálu o známé frekvenci rušení VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Střídavé voltmetry III. Pulsní voltmetry nabití kondenzátoru  sejmutí napětí Uc (amplituda) vybíjení kondenzátoru  nutno zmírnit nebo potlačit  zapojit sledovač napětí VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí

Měří amplitudu a fázový rozdíl vůči referenčnímu napětí Vektorvoltmetr Měří amplitudu a fázový rozdíl vůči referenčnímu napětí uR – řídicí napětí (Ur převedeno na obdélník – bez fáz. pos. nebo o 90°) ŘU – vynásobí Ux a uR,0 nebo uR,90 Po vynásobení  ss složka, stříd. složka, další stř. složky (vyšších kmit.) F – dolní propust – zadrží složky vyšších frekvencí Výstup U2,0 - DC napětí úměrné činné složce (při ur,0) U2,90 - DC napětí úměrné jalové složce (při uR,90) VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí